Инфракрасное излучение

Содержание

• Слайд 1

  1
  « Инфракрасное излучение – электромагнитные волны»
  pptcloud.ru

• Слайд 2

  2

  С древних времен люди хорошо знали благотворную силу тепла…

• Слайд 3

  3

• Слайд 4

  Уильям Гершель (1738 – 1822 г. г.)
  Английский физик, который первым в 1800 г. первым открыл инфракрасное излучение – невидимую человеческому глазу часть спектра
  За свою жизнь сделал ряд открытий в области астрономии
  А стекла для телескопа шлифовал сам 
  4

• Слайд 5

  5
  Первой получила радиоволны с длинной волны = 80 мкм – соответствующие инфракрасному диапазону длин волн.
  Экспериментально доказала, что существует непрерывный переход от видимого излучения к инфракрасному и радиоволновому.
  Все излучения имеют электромагнитную природу.

• Слайд 6

  6
  Оптические свойства веществ:
  Прозрачность
  Коэффициент отражения
  Коэффициент преломления
  в инфракрасной области спектра значительно отличаются от оптических свойств в видимой и ультрафиолетовой областях.
  Фотография фломастеров в разных режимах

• Слайд 7

  7

• Слайд 8

  8
  Солнце – около 50% излучения в инфракрасной области
  Энергия излучения ламп накаливания с вольфрамовой нитью – от 70% до 80%
  Угольная электрическая дуга с температурой 3900К

• Слайд 9

  9
  Специальные источники, применяющиеся в научных исследованиях:
  ленточные вольфрамовые лампы
  штифт Нернста
  глобар
  ртутные лампы высокого давления
  и другие.

• Слайд 10

  10
  Приемники инфракрасного излучения основаны на преобразовании энергии инфракрасное излучение в другие виды энергии, которые могут быть измерены обычными методами.
  Виды приёмников:
  Тепловые
  Фотоэлектрические

• Слайд 11

  11
  При длительном воздействии инфракрасного излучения на человека происходит резкое нарушение теплового баланса тела:
  Повышается температура
  Усиливается потоотделение, соответственно с потерей нужных организму солей

• Слайд 12

  12
  Глаза хорошо адаптированы к самозащите от оптического излучения естественной среды
  Защита осуществляется за счет вызывающей отвращения реакции
  Инфракрасное излучение в основном воздействует на сетчатку глаза
  Разные длинны волн влияют на разные участки глаза

• Слайд 13

  13
  1.4 мм на хрусталик

  1.9 мм на роговицу

• Слайд 14

  14
  Инфракрасное излучение не проникает слишком глубоко в кожу
  Излучение может привести к возникновению местных термических эффектов
  Более длинные волны могут вызвать высокую температуру и ожоги

• Слайд 15

  15
  Полное загораживание источника и всех траекторий
  Теплоизоляция горячих поверхностей
  Охлаждение теплоизолирующих поверхностей
  Защита расстоянием
  Средства индивидуальной защиты: обувь, одежда, очки (одежда из х/б с огнестойкой пропиткой)

• Слайд 16

  16
  Военное дело
  Научные исследования
  Фотография

• Слайд 17

  17
  Различные приборы ночного виденья (бинокли, прицелы и др.)
  Теплопеленгация объектов по их собственному инфракрасному излучению (системы самонаведения на цель снарядов и ракет)
  Инфракрасные локаторы и дальномеры
  Инфракрасные лазеры (наземная и космическая связь)

• Слайд 18

  18
  Инфракрасное излучение используется при решении большого числа практических задач:
  Изучение структуры электромагнитной оболочки атомов
  Определение структуры молекул
  Качественного и количественного спекрального анализа
  Использование инфракрасных лазеров

• Слайд 19

  19
  Пейзаж снятый инфракрасным фильтром и без него

• Слайд 20

  20
  Излучается атомами и молекулами вещества
  Инфракрасное излучение дают все тела при любой температуре
  Свойства:
  Проходят через некоторые непрозрачные тела
  Производят химические действия на фотопластинки
  Поглощаясь веществом, нагревают его
  Вызывает внутренний фотоэффект у германия
  Невидимо
  Способно к явлениям интерференции и дифракции

• Слайд 21

  21

• Слайд 22

• Слайд 23

  23
  всё

Посмотреть все слайды

Частоты: почему и как

Прежде чем обсуждать различные категории частот, давайте рассмотрим две основные проблемы. Почему мы используем так много разных частот? И как разработчик определяет, какая частота подходит для конкретного приложения?

Помехи

Два или более передатчика, работающие на одной и той же частоте, создают помехи, то есть они затрудняют приемному устройству отделение необходимого радиочастотного сигнала от нерелевантных радиочастотных сигналов. Данная проблема в значительной степени исчезает при использовании разных частот. ЭМИ на одной частоте не «повреждает» ЭМИ на другой частоте, и нерелевантные сигналы легко игнорируются посредством фильтрации.

Адекватное разделение по частотам позволяет игнорировать мешающий сигнал

Разумеется, помехи не исчезают только из-за того, что два сигнала будут разделены несколькими герцами: большее разделение по частоте приводит к меньшим взаимным помехам. Тем не менее, использование разных частот для разных типов радиосвязи удивительно эффективно: каждый день во всем мире многочисленные беспроводные системы работают одновременно без существенной потери функциональности.

Выбор частоты

Характеристики ЭМИ варьируются в зависимости от частоты. Например, волны на крайних низких частотах могут эффективно проникать в воду и, следовательно, могут быть полезны, когда вам нужно организовать связь с подводной лодкой. В качестве другого примера, некоторые частоты позволяют радиосигналу перемещаться на очень большие расстояние, потому что эти частоты испытывают атмосферную рефракцию (преломление). Дело в том, что главные задачи конкретной радиочастотной системы сильно влияют на процесс выбора диапазона рабочих частот.

Ионосферная рефракция (преломление) обеспечивает связь на большие расстояния

В предыдущем параграфе упоминались примеры, в которых частота влияет на характеристики распространения. Однако часто более важным является ширина полосы (в аналоговых системах) или скорость передачи данных (в цифровых системах).

Если вы хотите беспроводным способом передать аудиосигнал с частотными компонентами до 10 кГц, вы не можете использовать частоту передачи (т.е. несущую) 5 кГц. Частота соответствует скорости, с которой сигнал передает информацию, поэтому вы не можете «вставить» 10 кГц аудиоинформации в несущую 5 кГц. Кроме того, практические соображения требуют, чтобы несущая частота была значительно выше, чем информационная (т.е. низкочастотная) частота. Таким образом, системы с более широкой полосой частот и более высокой скоростью передачи данных должны занимать более высокочастотные участки электромагнитного спектра.

Представляющие интерес частоты

Радиочастотный спектр (т.е. часть электромагнитного спектра, используемая для радиосвязи) простирается от полосы очень низких частот (ОНЧ, VLF) до полосы крайне высоких частот (КВЧ, EHF), то есть от примерно 3 кГц до 300 ГГц. Другие полосы, разделяющие ОНЧ от КВЧ, включают в себя:

• НЧ (низкие частоты, LF);
• СЧ (средние частоты, MF);
• ВЧ (высокие частоты, HF);
• ОВЧ (очень высокие частоты, VHF);
• УВЧ (ультравысокие частоты, UHF);
• СВЧ (сверхвысокие частоты, SHF).

Радиочастотный спектр

Международная классификация электромагнитных волн по частотам

Частотный диапазон	Границы диапазона	Волновой диапазон	Границы диапазона
Крайние низкие (КНЧ, ELF)	3 – 30 Гц	Декамегаметровые	100 – 10 Мм
Сверхнизкие (СНЧ, SLF)	30 – 300 Гц	Мегаметровые	10 – 1 Мм
Инфранизкие (ИНЧ, VF/ULF)	0,3 – 3 кГц	Гектокилометровые	1000 – 100 км
Очень низкие (ОНЧ, VLF)	3 – 30 кГц	Мириаметровые	100 – 10 км
Низкие (НЧ, LF)	30 – 300 кГц	Километровые	10 – 1 км
Средние (СЧ, MF)	0,3 – 3 МГц	Гектометровые	1 – 0,1 км
Высокие (ВЧ, HF)	3 – 30 МГц	Декаметровые	100 – 10 м
Очень высокие (ОВЧ, VHF)	30 – 300 МГц	Метровые	10 – 1 м
Ультравысокие (УВЧ, UHF)	0,3 – 3 ГГц	Дециметровые	1 – 0,1 м
Сверхвысокие (СВЧ, SHF)	3 – 30 ГГц	Сантиметровые	10 – 1 см
Крайне высокие (КВЧ, EHF)	30 – 300 ГГц	Миллиметровые	10 – 1 мм
Гипервысокие (ГВЧ, FIR)	300 – 3000 ГГц	Децимиллиметровые	1 – 0,1 мм

Это разделение довольно произвольно, и нет никакой острой необходимости знать точные диапазоны частот. Было бы лучше просто привести несколько примеров категорий беспроводной связи, которые можно найти в разных частях спектра, потому что это поможет нам получить интуитивное понимание того, какие диапазоны частот более подходят для определенных типов систем:

AM радиосвязь (с амплитудной модуляцией) использует диапазон СЧ/MF; более конкретно, несущие частоты варьируются от 540 до 1600 кГц. По опыту мы знаем, что AM радио обладает хорошим расстоянием и устойчиво к физическим помехам от зданий, но AM не обладает репутацией отличного качества звука.
FM радиосвязь (с частотной модуляцией) использует диапазон ОВЧ/VHF с несущими частотами от 88,1 до 108,1 МГц. Допустимое отклонение от несущей в FM значительно выше, чем в AM, что означает, что FM сигналы могут передавать больше информации за единицу времени, чем AM сигналы. (Имейте в виду, что в этом контексте «AM» и «FM» относятся к стандартизированным категориям радиопередачи, а не к амплитудной и частотной модуляции в целом.)
Цифровые системы связи, такие как Bluetooth и некоторые из протоколов 802.11 работают в диапазоне единиц гигагерц, более конкретно, на частотах около 2,4 ГГц. Это, как правило, системы малого радиуса действия, но они обеспечивают надежную связь, а высокая несущая частота обеспечивает высокие скорости передачи данных

Эти протоколы могут использоваться небольшими устройствами, что обеспечивает относительно длительный срок службы батареи.
Спутники (очевидно, представляют собой приложение, в котором большое расстояние имеет важное значение) имеют тенденцию работать на очень высоких частотах. На нижнем конце этого диапазона (1–2 ГГц) находится L диапазон, который используется GPS спутниками

C диапазон (4–8 ГГц) используется, например, сетями спутникового телевидения. Ku диапазон, который простирается до впечатляющей частоты 18 ГГц, используется для различных спутниковых применений и является важной частью оборудования связи на МКС (международной космической станции).

Резюме

• Электромагнитный спектр относится к диапазону частот ЭМИ, присутствующих во Вселенной. Этот спектр разделяется и подразделяется на разные диапазоны частот.
• Основная секция, относящаяся к радиочастотной связи, называется радиочастотным спектром, а радиочастотный спектр разделен на 8 диапазонов.
• Взаимных помех между отдельными радиосистемами можно избежать, используя разные несущие частоты.
• Требования к полосе пропускания и распространению влияют на выбор несущей частоты, а несущая частота, в свою очередь, влияет на характеристики конкретной системы.
• Самый высокочастотный диапазон в радиочастотном спектре представляет собой переход от сигналов, которые ведут себя скорее как радиоволны, к сигналам, которые ведут себя скорее как оптические волны.

Влияние на человека

В ходе многочисленных исследований радиобиологи пришли к неутешительному выводу – длительное излучение электромагнитных волн может стать причиной «взрыва» болезней, то есть оно вызывает бурное развитие паталогических процессов в организме человека. Причем многие из них вносят нарушения на генетическом уровне.

Видео: Как влияет электромагнитное излучение на людей.

https://www.youtube.com/watch?v=FYWgXyHW93Q

Это происходит из-за того, что у электромагнитного поля высокий уровень биологической активности, что негативно отражается живых организмах. Фактор влияния зависит от следующих составляющих:

• характер производимого излучения;
• как долго и с какой интенсивностью оно продолжается.

Влияние на здоровье человека излучения, у которого электромагнитная природа, напрямую зависит от локализации. Она может быть как местного, так и общего характера. В последнем случае происходит масштабное облучение, например излучение, производимое ЛЭП.

Соответственно, под местным облучением подразумевается воздействие на определенные участки тела. Исходящие от электронных часов или мобильного телефона электромагнитные волны, яркий пример локального воздействия.

Отдельно необходимо отметить термальное воздействие высокочастотного электромагнитного излучения на живую материю. Энергия поля преобразуется в тепловую энергию (за счет вибрации молекул), на этом эффекте основа работа промышленных СВЧ излучателей, используемых для нагрева различных веществ. В отличие от пользы в производственных процессах, термальное воздействие на организм человека может оказаться пагубным. С точки зрения радиобиологии находиться возле «теплого» электрооборудования не рекомендуется.

Необходимо принять во внимание, что в быту мы регулярно подвергаемся облучению, причем это происходит не только на производстве, а и дома или при перемещении по городу. Со временем биологический эффект накапливается и усиливается

С ростом электромагнитного зашумления возрастает количество характерных заболеваний мозга или нервной системы. Заметим, что радиобиология довольно молодая наука, поэтому вред наносимый живым организмам от электромагнитного излучения досконально не изучен.

На рисунке виден, уровень электромагнитных волн, производимых обычными, используемыми в быту приборами.

Обратите внимание, что уровень напряженности поля существенно снижается на расстоянии. То есть, чтобы уменьшит его действие, достаточно отдалиться от источника на определенное расстояние

Формула для расчета нормы (нормирование) излучения электромагнитного поля указана в соответствующих ГОСТах и СанПиНах.

Шкала электромагнитных излучений

Электромагнитные излучения, обладающие самыми разнообразными показателями длины, друг от друга отличают по тому, каким способом они получены (тепловые излучения, антенные излучения, а также излучения, полученные в результате замедления скорости вращения так называемых «быстрых» электронов).

Также, электромагнитные волны – излучения, отличаются по методам их регистрации, одним из которых является шкала электромагнитных излучений.

Объекты и процессы, существующие в космосе, такие как звезды, черные дыры, появляющиеся в результате взрыва звезд, также порождают перечисленные виды электромагнитных излучений. Исследование этих явлений осуществляется с помощью искусственно созданных спутников, ракет, запускаемых учеными и космических кораблей.

В большинстве случаев, исследовательские работы направлены на изучение гамма и рентгеновских излучений. Изучение этого вида излучений практически невозможно в полной мере исследовать на поверхности земли, так как большая часть излучений, которые выделяет солнце, задерживает атмосфера нашей планеты.

Уменьшение длины электромагнитных волн неизбежно приводит к довольно существенным качественным различиям. Электромагнитные излучения, обладающие различными показателями длины, имеют большое различие между собой, по способности веществ поглощать подобные излучения.

Излучения, обладающие низкими показателями длины волн (гамма лучи и рентгеновские излучения) слабо поглощаются веществами. Для гамма и рентгеновских лучей вещества являющиеся непрозрачными для излучений оптического диапазона, становятся прозрачными.

электромагнитных явлений

Длина волны или связанная с ней частота волны характеризуют не только волновые, но и квантовые свойства электромагнитного поля. Соответственно в первом случае электромагнитная волна описывается классическими законами, изучаемыми в этом курсе.

Рассмотрим понятие спектра электромагнитных волн. Спектром электромагнитных волн называется полоса частот электромагнитных волн, существующих в природе.

Спектр электромагнитного излучения в порядке увеличения частоты составляют:

Антена

1) Низкочастотные волны(λ>);

2) Радиоволны();

Атом

3) Инфракрасное излучение(м);

4) Световое излучение();

5) Рентгеновское излучение();

Атомные ядра

6) Гамма излучение(λ).

Различные участки электромагнитного спектра отличаются по способу излучения и приёма волн, принадлежащих тому или иному участку спектра. По этой причине, между различными участками электромагнитного спектра нет резких границ, но каждый диапазон обусловлен своими особенностями и превалированием своих законов, определяемых соотношениями линейных масштабов.

Радиоволны изучает классическая электродинамика. Инфракрасное световое и ультрафиолетовое излучение изучает как классическая оптика, так и квантовая физика. Рентгеновское и гамма излучение изучается в квантовой и ядерной физике.

Тип материала

Спектроскопические исследования построены таким образом, что лучистая энергия взаимодействует с определенными типами материи.

Атомы

Атомная спектроскопия была первым разработанным применением спектроскопии. Атомная абсорбционная спектроскопия и атомная эмиссионная спектроскопия используют видимый и ультрафиолетовый свет. Эти поглощения и испускания, часто называемые атомными спектральными линиями, обусловлены электронными переходами электронов внешней оболочки, когда они поднимаются и опускаются с одной электронной орбиты на другую. Атомы также имеют различные рентгеновские спектры, которые обусловлены возбуждением электронов внутренней оболочки в возбужденные состояния.

Атомы различных элементов имеют различные спектры, поэтому атомная спектроскопия позволяет идентифицировать и количественно определять элементный состав образца. После изобретения спектроскопа Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф открыли новые элементы, наблюдая их эмиссионные спектры. Атомные линии поглощения наблюдаются в солнечном спектре и называются линиями Фраунгофера в честь их первооткрывателя. Всестороннее объяснение спектра водорода стало ранним успехом квантовой механики и объяснило наблюдаемый в спектре водорода сдвиг Лэмба, что в дальнейшем привело к развитию квантовой электродинамики.

Современные реализации атомной спектроскопии для изучения видимых и ультрафиолетовых переходов включают эмиссионную спектроскопию пламени, атомную эмиссионную спектроскопию индуктивно связанной плазмы, спектроскопию тлеющего разряда, спектроскопию плазмы, индуцированной микроволнами, и эмиссионную спектроскопию искры или дуги. Методы изучения рентгеновских спектров включают рентгеновскую спектроскопию и рентгеновскую флуоресценцию.

Молекулы

Объединение атомов в молекулы приводит к созданию уникальных типов энергетических состояний и, следовательно, уникальных спектров переходов между этими состояниями. Молекулярные спектры могут быть получены благодаря электронным спиновым состояниям (электронный парамагнитный резонанс), молекулярным вращениям, молекулярным вибрациям и электронным состояниям. Вращения являются коллективными движениями атомных ядер и обычно приводят к спектрам в микроволновой и миллиметроволновой областях спектра. Вращательная спектроскопия и микроволновая спектроскопия являются синонимами. Колебания — это относительные движения атомных ядер, которые изучаются с помощью инфракрасной и рамановской спектроскопии. Электронные возбуждения изучаются с помощью видимой и ультрафиолетовой спектроскопии, а также флуоресцентной спектроскопии.

Исследования в области молекулярной спектроскопии привели к созданию первого мазера и способствовали последующему развитию лазера.

Кристаллы и протяженные материалы

Объединение атомов или молекул в кристаллы или другие протяженные формы приводит к созданию дополнительных энергетических состояний. Эти состояния многочисленны и поэтому имеют высокую плотность состояний. Эта высокая плотность часто делает спектры слабее и менее отчетливыми, т. более широкими. Например, излучение черного тела обусловлено тепловыми движениями атомов и молекул внутри материала. Акустические и механические отклики также обусловлены коллективными движениями. Чистые кристаллы, однако, могут иметь отчетливые спектральные переходы, и расположение кристаллов также влияет на наблюдаемые молекулярные спектры. Регулярная решетчатая структура кристаллов также рассеивает рентгеновские лучи, электроны и нейтроны, что позволяет проводить кристаллографические исследования.

Ядра

Ядра также имеют различные энергетические состояния, которые широко разделены и приводят к спектрам гамма-излучения. Различные состояния ядерного спина могут разделяться по энергии магнитным полем, что позволяет проводить спектроскопию ядерного магнитного резонанса.

Применение

человеческое тело

Выявление дефектов в изделиях (рельсах, сварочных швах и т. д.) с помощью рентгеновского излучения называется рентгеновской дефектоскопией.

Используются для технологического контроля микроэлектронных изделий и позволяют выявлять основные виды дефектов и изменения в конструкции электронных блоков.

В материаловедении, кристаллографии, химии и биохимии рентгеновские лучи используются для выяснения структуры веществ на атомном уровне при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения.

При помощи рентгеновских лучей может быть определён химический состав вещества. В аэропортах активно применяются рентгенотелевизионные интроскопы, позволяющие просматривать содержимое ручной клади и багажа в целях визуального обнаружения на экране монитора предметов, представляющих опасность.

Рентгенотерапия — раздел лучевой терапии, охватывающий теорию и практику лечебного применения. Рентгенотерапию проводят преимущественно при поверхностно расположенных опухолях и при некоторых других заболеваниях, в том числе заболеваниях кожи.

Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в колебательном контуре, происходящие под действием периодически изменяющейся синусоидальной (переменной) ЭДС от внешнего источника:

где ​\( \varepsilon \)​ – мгновенное значение ЭДС, \( \varepsilon_m \) – амплитудное значение ЭДС.

При этом к контуру подводится энергия, необходимая для компенсации потерь энергии в контуре из-за наличия сопротивления.

Резонанс в электрической цепи – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре с малым активным сопротивлением при совпадении частоты вынужденных колебаний внешней ЭДС с частотой собственных колебаний в контуре.

Емкостное и индуктивное сопротивления по-разному изменяются в зависимости от частоты. С увеличением частоты растет индуктивное сопротивление, а емкостное уменьшается. С уменьшением частоты растет емкостное сопротивление и уменьшается индуктивное сопротивление. Кроме того, колебания напряжения на конденсаторе и катушке имеют разный сдвиг фаз по отношению к колебаниям силы тока: для катушки колебания напряжения и силы тока имеют сдвиг фаз ​\( \varphi_L=-\pi/2 \)​, а на конденсаторе \( \varphi_C=\pi/2 \)​. Это означает, что когда растет энергия магнитного поля катушки, то энергия электрического поля конденсатора убывает, и наоборот. При резонансной частоте индуктивное и емкостное сопротивления компенсируют друг друга и цепь обладает только активным сопротивлением. При резонансе выполняется условие:

Резонансная частота вычисляется по формуле:

Важно!
Резонансная частота не зависит от активного сопротивления ​\( R \)​. Но чем меньше активное сопротивление цепи, тем ярче выражен резонанс

Чем меньше потери энергии в цепи, тем сильнее выражен резонанс. Если активное сопротивление очень мало ​\( (R\to0) \)​, то резонансное значение силы тока неограниченно возрастает. С увеличением сопротивления максимальное значение силы тока уменьшается, и при больших значениях сопротивления резонанс не наблюдается.

График зависимости амплитуды силы тока от частоты называется резонансной кривой. Резонансная кривая имеет больший максимум в цепи с меньшим активным сопротивлением.

Одновременно с ростом силы тока при резонансе резко возрастают напряжения на конденсаторе и катушке. Эти напряжения становятся одинаковыми и во много раз больше внешнего напряжения. Колебания напряжения на катушке индуктивности и конденсаторе всегда происходят в противофазе. При резонансе амплитуды этих напряжений одинаковы и они компенсируют друг друга. Падение напряжения происходит только на активном сопротивлении.

При резонансе возникают наилучшие условия для поступления энергии от источника напряжения в цепь: при резонансе колебания напряжения в цепи совпадают по фазе с колебаниями силы тока. Установление колебаний происходит постепенно. Чем меньше сопротивление, тем больше времени требуется для достижения максимального значения силы тока за счет энергии, поступающей от источника.

Явление резонанса используется в радиосвязи. Каждая передающая станция работает на определенной частоте. С приемной антенной индуктивно связан колебательный контур. При приеме сигнала в катушке возникают переменные ЭДС. С помощью конденсатора переменной емкости добиваются совпадения частоты контура с частотой принимаемых колебаний. Из колебаний всевозможных частот, возбужденных в антенне, контур выделяет колебания, равные его собственной частоте.

Резонанс может привести к перегреву проводов и аварии, если цепь не рассчитана на работу в условиях резонанса.

Фотон

Открытия Планка проложили путь к открытию фотона. Фотон — это элементарная частица или квант света. Как мы скоро увидим, фотоны могут поглощаться или испускаться атомами и молекулами. Когда фотон поглощается, его энергия передается этому атому или молекуле. Поскольку энергия квантуется, передается вся энергия фотона (помните, что мы не можем передавать доли квантов, которые являются наименьшими возможными отдельными «энергетическими пакетами»). Верно и обратное этому процессу. Когда атом или молекула теряют энергию, они испускают фотон, который несет энергию, точно равную потерям энергии атома или молекулы. Это изменение энергии прямо пропорционально частоте испускаемого или поглощаемого фотона.

2: Электромагнитный спектр

Электромагнитный спектр состоит из всех типов электромагнитного излучения, расположенных в соответствии с их частотой и длиной волны. Каждый из цветов видимого света имеет определенные частоты и длины волн, связанные с ними, и вы можете видеть, что видимый свет составляет лишь малую часть электромагнитного спектра. Поскольку технологии, разработанные для работы в различных частях электромагнитного спектра, отличаются из соображений удобства или по историческим причинам, для различных частей спектра обычно используются разные единицы. Например, радиоволны обычно указываются как частоты (обычно в МГц), тогда как видимая область обычно указывается в длинах волн (обычно в единицах нм или ангстремы).

Рис. 1: Части электромагнитного спектра показаны в порядке увеличения частоты и уменьшения длины волны.

К типам электромагнитных волн относятся радиоволны, микроволны, ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные, рентгеновское излучение и гамма-излучение.

Радиоволны имеют самые длинные длины волн, самые низкие частоты и обладают наименьшим количеством энергии. Они используются в сотовых телефонах, радио- и телевещании, управлении воздушным движением и т.

Микроволны имеют более короткие длины волн по сравнению с радиоволнами. Они поглощаются водой и используются для нагрева и приготовления пищи.

Далее идет инфракрасное излучение, излучаемое теплыми объектами. Например, Земля поглощает лучистую энергию от солнца и излучает инфракрасное излучение. Часть инфракрасного излучения поглощается и повторно испускается атмосферой для поддержания средней температуры Земли через парниковый эффект. Очки ночного видения распознают инфракрасные излучения, излучаемыми нашими телами.

Видимый свет — это лишь небольшая часть электромагнитных излучений, от 740 до 390 нм. Глаза человека могут видеть только этот небольшой диапазон длин волн. Видимый свет в основном состоит из семи цветовых компонентов, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый.

Ультрафиолетовое излучение имеет длину волны от 400 до 10 нм. Солнечный свет является наиболее известным источником ультрафиолетового излучения. Он обладает достаточной энергией, которая при чрезмерном воздействии вызывает ожоги.

Рентгеновское излучение может проходить через многие вещества, что делает его важным инструментом визуализации. Стоматологи используют рентгеновские снимки для диагностики, а служба безопасности аэропорта использует их для визуализации компонентов в чемодане.

Гамма-лучи имеют меньшие длины волн, высокие частоты и энергии. Гамма-лучи высвобождаются в результате ядерных реакций и естественных радиоактивных элементов.

Рентгеновские лучи и гамма-лучи являются наиболее энергетическими формами электромагнитного излучения. Их высокие энергии могут ионизировать атомы и молекулы. Ионизирующее излучение может вызвать постоянные изменения или повреждения биологических молекул. Они используются для уничтожения раковых клеток.

Этот текст адаптирован из Openstax, Химия 2е изд. , раздел 6. 1: Электромагнитная энергия.